ENEM · 2017 · 2ª Aplicação · Reaplicação/PPL — Questões de Física comentadas
2º dia · Caderno 6 Cinza · 20 questões de Física e interdisciplinares · Gabarito oficial e resoluções comentadas.
Seleção de questões de Física e interdisciplinares cuja resolução usa conceitos físicos. Gabarito oficial e resolução comentada. Numeração do Caderno 6 Cinza.
Q91
Termologia — Primeira lei da termodinâmica — Ciclo Diesel
Rudolf Diesel patenteou um motor a combustão interna de elevada eficiência, cujo ciclo está esquematizado no diagrama pressão × volume. O ciclo Diesel é composto por quatro etapas, duas das quais são transformações adiabáticas. O motor de Diesel é caracterizado pela compressão de ar apenas, com a injeção do combustível no final.
No ciclo Diesel, o calor é absorvido em:
A)
A → B e C → D, pois em ambos ocorre realização de trabalho.
B)
A → B e B → C, pois em ambos ocorre elevação da temperatura.
C)
C → D, pois representa uma expansão adiabática e o sistema realiza trabalho.
D)
A → B, pois representa uma compressão adiabática em que ocorre elevação da temperatura.
E)
B → C, pois representa expansão isobárica em que o sistema realiza trabalho e a temperatura se eleva.
Gabarito oficial — ENEM 2017 — 2ª Aplicação · Reaplicação/PPL — Caderno 6 Cinza
E
Resolução comentada
Nos trechos adiabáticos A → B e C → D não há troca de calor. Em D → A, a pressão e a temperatura diminuem a volume constante, de modo que o gás cede calor.
O calor é absorvido em B → C: o gás se expande a pressão constante, realiza trabalho e aumenta sua temperatura. Pela primeira lei, $Q=\Delta U+W>0$. Alternativa E.
Q94
Termologia — Calorimetria — Aquecimento solar
O aproveitamento da luz solar como fonte de energia renovável tem aumentado significativamente nos últimos anos. Uma das aplicações é o aquecimento de água (ρágua = 1 kg/L) para uso residencial. Em um local, a intensidade da radiação solar efetivamente captada por um painel solar com área de 1 m² é de 0,03 kW/m².
O valor do calor específico da água é igual 4,2 kJ/(kg °C).
Nessa situação, em quanto tempo é possível aquecer 1 litro de água de 20 °C até 70 °C?
A)
490 s
B)
2 800 s
C)
6 300 s
D)
7 000 s
E)
9 800 s
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D
Resolução comentada
A massa de 1 litro de água é 1 kg. O calor necessário é $Q=mc\Delta T=1\cdot4{,}2\cdot(70-20)=210\text{ kJ}$.
A potência captada é $P=IA=0{,}03\cdot1=0{,}03\text{ kW}=0{,}03\text{ kJ/s}$. Assim, $t=Q/P=210/0{,}03=7000\text{ s}$. Alternativa D.
Q95
Termologia — Potência térmica — Chuveiro e vazão
As especificações de um chuveiro elétrico são: potência de 4 000 W, consumo máximo mensal de 21,6 kWh e vazão máxima de 3 L/min. Em um mês, durante os banhos, esse chuveiro foi usado com vazão máxima, consumindo o valor máximo de energia especificado. O calor específico da água é de 4 200 J/(kg °C) e sua densidade é igual a 1 kg/L.
A variação da temperatura da água usada nesses banhos foi mais próxima de
A)
16 °C.
B)
19 °C.
C)
37 °C.
D)
57 °C.
E)
60 °C.
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B
Resolução comentada
A vazão de 3 L/min corresponde a $\dot m=3/60=0{,}05\text{ kg/s}$. A potência transferida à água satisfaz $P=\dot m c\Delta T$.
Logo, $\Delta T=4000/(0{,}05\cdot4200)\approx19\,^{\circ}\mathrm C$. Alternativa B. O consumo mensal determina o tempo total de uso, mas não é necessário para obter a elevação de temperatura em regime constante.
Q100
Mecânica — Empuxo — Densímetro
Um estudante construiu um densímetro, esquematizado na figura, utilizando um canudinho e massa de modelar. O instrumento foi calibrado com duas marcas de flutuação, utilizando água (marca A) e etanol (marca B) como referências.
Em seguida, o densímetro foi usado para avaliar cinco amostras: vinagre, leite integral, gasolina (sem álcool anidro), soro fisiológico e álcool comercial (92,8 °GL).
Que amostra apresentará marca de flutuação entre os limites A e B?
A)
Vinagre.
B)
Gasolina.
C)
Leite integral.
D)
Soro fisiológico.
E)
Álcool comercial.
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E
Resolução comentada
Na flutuação, o empuxo equilibra o peso: $\rho gV_{\text{imerso}}=mg$. Quanto menor a densidade do líquido, maior o volume imerso necessário.
Uma marca entre as referências da água e do etanol corresponde a uma densidade intermediária. O álcool comercial mistura etanol e água e satisfaz essa condição. Vinagre, leite e soro têm densidades próximas ou superiores à da água; gasolina tem densidade inferior à do etanol. Alternativa E.
Q101
Eletricidade — Energia elétrica — Recarga de bateria
A capacidade de uma bateria com acumuladores, tal como a usada no sistema elétrico de um automóvel, é especificada em ampère-hora (Ah). Uma bateria de 12 V e 100 Ah fornece 12 J para cada coulomb de carga que flui através dela.
Se um gerador, de resistência interna desprezível, que fornece uma potência elétrica média igual a 600 W, fosse conectado aos terminais da bateria descrita, quanto tempo ele levaria para recarregá-la completamente?
A)
0,5 h
B)
2 h
C)
12 h
D)
50 h
E)
100 h
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B
Resolução comentada
A energia armazenada é $E=UQ=12\cdot100=1200\text{ Wh}$. A unidade Ah mede carga elétrica; ao multiplicá-la pela tensão em volts, obtemos energia em Wh.
Com potência média de 600 W, no modelo ideal da questão, $t=E/P=1200/600=2\text{ h}$. Alternativa B.
Q102
Energia e ambiente — Reciclagem — Pilhas e baterias
O Conselho Nacional do Meio Ambiente (Conama) estabelece os limites máximos de chumbo, cádmio e mercúrio para as familiares pilhas e baterias portáteis comercializadas no território nacional e os critérios e padrões para o seu gerenciamento ambientalmente adequado. Os estabelecimentos que comercializam esses produtos, bem como a rede de assistência técnica autorizada, devem receber dos usuários as pilhas e baterias usadas para repasse aos respectivos fabricantes ou importadores.
Resolução Conama n. 401, de 4 de novembro de 2008. Disponível em: www.mma.gov.br.
Acesso em: 14 maio 2013 (adaptado).
Do ponto de vista ambiental, a destinação final apropriada para esses produtos é
A)
direcionar as pilhas e baterias para compostagem.
B)
colocar as pilhas e baterias em um coletor de lixo seletivo.
C)
enviar as pilhas e baterias usadas para firmas de recarga.
D)
acumular as pilhas e baterias em armazéns de estocagem.
E)
destinar as pilhas e baterias à reutilização de seus componentes.
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E
Resolução comentada
A destinação apropriada é encaminhar os produtos para processos que recuperem e reutilizem seus componentes, reduzindo a extração de materiais e a dispersão de substâncias tóxicas no ambiente.
Compostagem não trata metais das pilhas; coletar ou armazenar sem processamento não encerra a destinação adequada. Nem toda pilha pode ser recarregada. Alternativa E.
Q104
Ondulatória — Frequência — Leitura do osciloscópio
O osciloscópio é um instrumento que permite observar uma diferença de potencial (ddp) em um circuito elétrico em função do tempo ou em função de outra ddp. A leitura do sinal é feita em uma tela sob a forma de um gráfico tensão × tempo.
A frequência de oscilação do circuito elétrico estudado é mais próxima de
A)
300 Hz.
B)
250 Hz.
C)
200 Hz.
D)
150 Hz.
E)
125 Hz.
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E
Resolução comentada
No gráfico, o intervalo entre o mínimo e o máximo consecutivos é de aproximadamente 4 ms. Esse intervalo corresponde a meio período, não ao período inteiro.
Assim, $T\approx8\text{ ms}=8\times10^{-3}\text{ s}$ e $f=1/T\approx125\text{ Hz}$. Alternativa E.
Q105
Física moderna — Luz e matéria — Célula fotovoltaica e fotossíntese
A célula fotovoltaica é uma aplicação prática do efeito fotoelétrico. Quando a luz incide sobre certas substâncias, libera elétrons que, circulando livremente de átomo para átomo, formam uma corrente elétrica. Uma célula fotovoltaica é composta por uma placa de ferro recoberta por uma camada de selênio e uma película transparente de ouro. A luz atravessa a película, incide sobre o selênio e retira elétrons, que são atraídos pelo ouro, um ótimo condutor de eletricidade. A película de ouro é conectada à placa de ferro, que recebe os elétrons e os devolve para o selênio, fechando o circuito e formando uma corrente elétrica de pequena intensidade.
DIAS, C. B. Célula fotovoltaica. Disponível em: http://super.abril.com.br.
Acesso em: 16 ago. 2012 (adaptado).
O processo biológico que se assemelha ao descrito é a
A)
fotossíntese.
B)
fermentação.
C)
quimiossíntese.
D)
hidrólise de ATP.
E)
respiração celular.
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A
Resolução comentada
Na célula descrita, a absorção de luz transfere energia a elétrons e permite seu movimento no circuito. Na fotossíntese, a absorção de fótons pelos pigmentos também excita elétrons e inicia uma cadeia de transporte eletrônico.
A semelhança é o uso da energia luminosa para provocar processos eletrônicos. As demais opções não dependem diretamente dessa absorção de luz. Alternativa A.
Q106
Eletricidade — Gerador não ideal — Resistência interna de pilhas
Uma lâmpada é conectada a duas pilhas de tensão nominal 1,5 V, ligadas em série. Um voltímetro, utilizado para medir a diferença de potencial na lâmpada, fornece uma leitura de 2,78 V e um amperímetro indica que a corrente no circuito é de 94,2 mA.
O valor da resistência interna das pilhas é mais próximo de
A)
0,021 Ω.
B)
0,22 Ω.
C)
0,26 Ω.
D)
2,3 Ω.
E)
29 Ω.
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D
Resolução comentada
As duas pilhas em série fornecem força eletromotriz total de $\varepsilon=3{,}0\text{ V}$. A diferença entre esse valor e a tensão na lâmpada é a queda de tensão interna: $ri=3{,}0-2{,}78=0{,}22\text{ V}$.
Com $i=94{,}2\text{ mA}=0{,}0942\text{ A}$, a resistência interna equivalente das duas pilhas é $r=0{,}22/0{,}0942\approx2{,}3\,\Omega$. Alternativa D.
Q109
Eletricidade — Carga elétrica — Autonomia do notebook
A figura mostra a bateria de um computador portátil, a qual necessita de uma corrente elétrica de 2 A para funcionar corretamente.
Quando a bateria está completamente carregada, o tempo máximo, em minuto, que esse notebook pode ser usado antes que ela “descarregue” completamente é
A)
24,4.
B)
36,7.
C)
132.
D)
333.
E)
528.
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C
Resolução comentada
O rótulo informa capacidade de 4400 mAh, ou 4,4 Ah. A autonomia ideal é obtida dividindo essa carga pela corrente de funcionamento.
Portanto, $t=Q/i=4{,}4/2=2{,}2\text{ h}=132\text{ min}$. Alternativa C. A tensão de 11,1 V seria necessária para calcular a energia, mas não para essa razão entre carga e corrente.
Q112
Óptica — Interferência e difração — Experimento de Young
O debate a respeito da natureza da luz perdurou por séculos, oscilando entre a teoria corpuscular e a teoria ondulatória. No início do século XIX, Thomas Young, com a finalidade de auxiliar na discussão, realizou o experimento apresentado de forma simplificada na figura. Nele, um feixe de luz monocromático passa por dois anteparos com fendas muito pequenas. No primeiro anteparo há uma fenda e no segundo, duas fendas. Após passar pelo segundo conjunto de fendas, a luz forma um padrão com franjas claras e escuras.
SILVA, F. W. O. A evolução da teoria ondulatória da luz e os livros didáticos.
Revista Brasileira de Ensino de Física, n. 1, 2007 (adaptado).
Com esse experimento, Young forneceu fortes argumentos para uma interpretação a respeito da natureza da luz, baseada em uma teoria
A)
corpuscular, justificada pelo fato de, no experimento, a luz sofrer dispersão e refração.
B)
corpuscular, justificada pelo fato de, no experimento, a luz sofrer dispersão e reflexão.
C)
ondulatória, justificada pelo fato de, no experimento, a luz sofrer difração e polarização.
D)
ondulatória, justificada pelo fato de, no experimento, a luz sofrer interferência e reflexão.
E)
ondulatória, justificada pelo fato de, no experimento, a luz sofrer difração e interferência.
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E
Resolução comentada
A passagem da luz pelas fendas estreitas produz difração, permitindo que os feixes se espalhem. As ondas provenientes das duas fendas se sobrepõem no anteparo.
Essa superposição produz interferência construtiva nas franjas claras e destrutiva nas escuras, sustentando a interpretação ondulatória. Os fenômenos relevantes são difração e interferência. Alternativa E.
Q115
Física moderna — Radioatividade — Radiação gama
O avanço científico e tecnológico da física nuclear permitiu conhecer, com maiores detalhes, o decaimento radioativo dos núcleos atômicos instáveis, desenvolvendo-se algumas aplicações para a radiação de grande penetração no corpo humano, utilizada, por exemplo, no tratamento do câncer.
A aplicação citada no texto se refere a qual tipo de radiação?
A)
Beta.
B)
Alfa.
C)
Gama.
D)
Raios X.
E)
Ultravioleta.
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C
Resolução comentada
A radiação gama é uma radiação eletromagnética emitida em transições do núcleo atômico e apresenta elevado poder de penetração. Pode ser utilizada na radioterapia.
Raios X também têm aplicações terapêuticas, mas sua produção não corresponde ao decaimento nuclear referido pelo enunciado. Partículas alfa e beta têm menor penetração. Alternativa C.
Q119
Eletricidade — Rendimento energético — Troca de lâmpadas
As lâmpadas econômicas transformam 80% da energia elétrica consumida em luz e dissipam os 20% restantes em forma de calor. Já as incandescentes transformam 20% da energia elétrica consumida em luz e dissipam o restante em forma de calor. Assim, quando duas dessas lâmpadas possuem luminosidades equivalentes, a econômica apresenta uma potência igual a um quarto da potência da incandescente.
Quando uma lâmpada incandescente de 60 W é substituída por uma econômica de mesma luminosidade, deixa-se de transferir para o ambiente, a cada segundo, uma quantidade de calor, em joule, igual a
A)
3.
B)
12.
C)
15.
D)
45.
E)
48.
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D
Resolução comentada
A incandescente de 60 W dissipa $0{,}80\cdot60=48\text{ W}$ na forma de calor. A econômica de mesma luminosidade tem potência $60/4=15\text{ W}$ e dissipa $0{,}20\cdot15=3\text{ W}$.
A redução da potência térmica é $48-3=45\text{ W}$, ou 45 joules por segundo. Alternativa D. A diferença entre as potências totais também é 45 W porque a potência luminosa útil é a mesma.
Q123
Mecânica — Composição de movimentos — Barco na correnteza
Um longo trecho retilíneo de um rio tem um afluente perpendicular em sua margem esquerda, conforme mostra a figura. Observado de cima, um barco trafega com velocidade constante pelo afluente para entrar no rio. Sabe-se que a velocidade da correnteza desse rio varia uniformemente, sendo muito pequena junto à margem e máxima no meio. O barco entra no rio e é arrastado lateralmente pela correnteza, mas o navegador procura mantê-lo sempre na direção perpendicular à correnteza do rio e o motor acionado com a mesma potência.
Pelas condições descritas, a trajetória que representa o movimento seguido pelo barco é:
A)
B)
C)
D)
E)
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D
Resolução comentada
A velocidade perpendicular às margens mantém-se no modelo do enunciado. A componente paralela às margens acompanha a correnteza e é muito pequena perto da entrada do afluente.
A trajetória deve começar quase perpendicular à margem e curvar-se para a direita, no sentido da correnteza, à medida que o barco alcança regiões onde essa componente é maior. A alternativa D representa esse comportamento. Trajetórias retilíneas ou com mudanças abruptas de direção não correspondem à variação gradual descrita.
Q127
Óptica — Espectro eletromagnético — Exposição solar
DAVIS, J. Disponível em: http://garfield.com. Acesso em: 15 ago. 2014.
A faixa espectral da radiação solar que contribui fortemente para o efeito mostrado na tirinha é caracterizada como
A)
visível.
B)
amarela.
C)
vermelha.
D)
ultravioleta.
E)
infravermelha.
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D
Resolução comentada
A tirinha mostra desconforto e queimadura após a exposição ao Sol. A faixa que contribui fortemente para esse dano à pele é a ultravioleta.
A radiação infravermelha está mais associada ao aquecimento; a luz visível permite a visão. Alternativa D.
Q128
Ondulatória — Ressonância — Sintonia do rádio
Ao sintonizar uma estação de rádio AM, o ouvinte está selecionando apenas uma dentre as inúmeras ondas que chegam à antena receptora do aparelho. Essa seleção acontece em razão da ressonância do circuito receptor com a onda que se propaga.
O fenômeno físico abordado no texto é dependente de qual característica da onda?
A)
Amplitude.
B)
Polarização.
C)
Frequência.
D)
Intensidade.
E)
Velocidade.
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C
Resolução comentada
O circuito receptor tem uma frequência própria ajustável. Ao sintonizar o rádio, essa frequência é aproximada da frequência da estação desejada, tornando sua resposta mais intensa por ressonância.
A característica selecionada é a frequência da onda, e não sua amplitude ou intensidade. Alternativa C.
Q130
Energia e ambiente — Poluição — Descarte de lâmpadas
As lâmpadas fluorescentes apresentam vantagens como maior eficiência luminosa, vida útil mais longa e redução do consumo de energia. Contudo, um dos constituintes dessas lâmpadas é o mercúrio, que apresenta sérias restrições ambientais em função de sua toxicidade. Dessa forma, as lâmpadas fluorescentes devem passar por um processo prévio de descontaminação antes do descarte ou reciclagem do material. O ideal é que nesse processo se tenha o menor impacto ambiental e, se possível, o mercúrio seja recuperado e empregado em novos produtos.
DURÃO JR., W. A.; WINDMÖLLER, C. C. A questão do mercúrio em lâmpadas fluorescentes.
Química Nova na Escola, n. 28, 2008 (adaptado).
Considerando os impactos ambientais negativos, o processo menos indicado de descontaminação desse metal presente nas lâmpadas seria o(a)
A)
encapsulamento, no qual as lâmpadas são trituradas por via seca ou úmida, o material resultante é encapsulado em concreto e a disposição final do resíduo é armazenada em aterros.
B)
lixiviação ácida, com a dissolução dos resíduos sólidos das lâmpadas em ácido (HNO₃), seguida de filtração e neutralização da solução para recuperar os compostos de mercúrio.
C)
incineração, com a oxidação das lâmpadas junto com o lixo urbano em altas temperaturas, com redução do material sólido e lançamento dos gases e vapores para a atmosfera.
D)
processo térmico, no qual o resíduo é aquecido em sistema fechado para vaporizar o mercúrio e em seguida ocorre o resfriamento para condensar o vapor e obter o mercúrio elementar.
E)
separação por via química, na qual as lâmpadas são trituradas em sistema fechado, em seguida aditivos químicos são adicionados para precipitação e separação do mercúrio.
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C
Resolução comentada
A incineração descrita lança gases e vapores na atmosfera. Como o mercúrio pode vaporizar com o aquecimento, esse procedimento dispersa o contaminante em vez de recuperá-lo.
O processo térmico em sistema fechado, por outro lado, recolhe e condensa o vapor. O procedimento menos indicado entre os apresentados é a incineração com lançamento atmosférico. Alternativa C.
Q131
Astronomia — Movimentos da Terra — Posição do pôr do sol
Sabe-se que a posição em que o Sol nasce ou se põe no horizonte muda de acordo com a estação do ano. Olhando-se em direção ao poente, por exemplo, para um observador no Hemisfério Sul, o Sol se põe mais à direita no inverno do que no verão.
O fenômeno descrito deve-se à combinação de dois fatores: a inclinação do eixo de rotação terrestre e a
A)
precessão do periélio terrestre.
B)
translação da Terra em torno do Sol.
C)
nutação do eixo de rotação da Terra.
D)
precessão do eixo de rotação da Terra.
E)
rotação da Terra em torno de seu próprio eixo.
Gabarito oficial — ENEM 2017 — 2ª Aplicação · Reaplicação/PPL — Caderno 6 Cinza
B
Resolução comentada
A inclinação do eixo terrestre, combinada com a translação da Terra em torno do Sol, altera a posição aparente do Sol ao longo do ano e a direção de seu nascimento e ocaso.
A rotação explica a alternância diária entre dia e noite, mas não é o fator que, combinado à inclinação, explica a variação sazonal indicada. Alternativa B.
Q134
Mecânica — Pressão osmótica — Conservação de alimentos
A horticultura tem sido recomendada para a agricultura familiar, porém as perdas são grandes devido à escassez de processos compatíveis para conservar frutas e hortaliças. O processo, denominado desidratação osmótica, tem se mostrado uma alternativa importante nesse sentido, pois origina produtos com boas condições de armazenamento e qualidade semelhante à matéria-prima.
GOMES, A. T.; CEREDA, M. P.; VILPOUX, O. Desidratação osmótica: uma tecnologia de baixo custo para o desenvolvimento da agricultura familiar. Revista Brasileira de Gestão e
Desenvolvimento Regional, n. 3, set.-dez. 2007 (adaptado).
Esse processo para conservar os alimentos remove a água por
A)
aumento do ponto de ebulição do solvente.
B)
passagem do soluto através de uma membrana semipermeável.
C)
utilização de solutos voláteis, que facilitam a evaporação do solvente.
D)
aumento da volatilidade do solvente pela adição de solutos ao produto.
E)
pressão gerada pela diferença de concentração entre o produto e a solução.
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E
Resolução comentada
Na desidratação osmótica, o alimento é colocado em uma solução mais concentrada. A diferença de concentração estabelece uma pressão osmótica e a água tende a atravessar as membranas em direção ao meio externo.
O processo retira o solvente do alimento por essa diferença de concentração, não por aumentar sua volatilidade. Alternativa E.
Q135
Óptica — Instrumentos ópticos — Escolha do telescópio
A aquisição de um telescópio deve levar em consideração diversos fatores, entre os quais estão o aumento angular, a resolução ou poder de separação e a magnitude limite. O aumento angular informa quantas vezes mais próximo de nós percebemos o objeto observado e é calculado como sendo a razão entre as distâncias focais da objetiva ($F_1$) e da ocular ($F_2$).
A resolução do telescópio ($P$) informa o menor ângulo que deve existir entre dois pontos observados para que seja possível distingui-los. A magnitude limite ($M$) indica o menor brilho que um telescópio pode captar. Os valores numéricos de $P$ e $M$ são calculados pelas expressões: $P=\frac{12}{D}$ e $M=7{,}1+5\log D$, em que $D$ é o valor numérico do diâmetro da objetiva do telescópio, expresso em centímetro.
Disponível em: www.telescopiosastronomicos.com.br. Acesso em: 13 maio 2013 (adaptado).
Ao realizar a observação de um planeta distante e de baixa luminosidade, não se obteve uma imagem nítida. Para melhorar a qualidade dessa observação, os valores de $D$, $F_1$ e $F_2$ devem ser, respectivamente,
A)
aumentado, aumentado e diminuído.
B)
aumentado, diminuído e aumentado.
C)
aumentado, diminuído e diminuído.
D)
diminuído, aumentado e aumentado.
E)
diminuído, aumentado e diminuído.
Gabarito oficial — ENEM 2017 — 2ª Aplicação · Reaplicação/PPL — Caderno 6 Cinza
A
Resolução comentada
Aumentar o diâmetro D reduz $P=12/D$, permitindo distinguir pontos com menor separação angular. Também aumenta $M=7{,}1+5\log D$, permitindo observar objetos menos luminosos.
O aumento angular é $F_1/F_2$: para ampliá-lo, aumentamos a distância focal da objetiva e diminuímos a da ocular. Logo, D e $F_1$ devem aumentar e $F_2$ diminuir. Alternativa A.
